一种基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法，该方法通过强磁场对于熔融铝液和陶瓷球的作用，确保制备复合材料分布的均匀性。本发明专利技术的制备方法通过在强磁场环境中，有效抑制了陶瓷球在金属铝液中由于密度差异而导致的沉降运动，从而制备出均匀分布的实心陶瓷球闭孔泡沫铝基复合材料。该含实心陶瓷球的闭孔泡沫铝复合材料结构，在结构上具有轻质、高比强度特点，在功能上可以充分发挥陶瓷球碎裂的能量耗散机制以及闭孔泡沫金属的密度小、吸能防撞击等优异性质，在化工、机械、建筑、交通运输以及装甲防护领域起到重要作用。交通运输以及装甲防护领域起到重要作用。交通运输以及装甲防护领域起到重要作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，涉及一种基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法。

技术介绍

[0002]泡沫铝是一种多孔泡沫金属材料，具有轻质、高比刚度、隔声降噪、吸能防撞击等一系列优异性能，在兵器工程、机械建筑等诸多领域得到广泛应用。陶瓷具有硬度高、密度小的优点，其受冲击碎裂对能量耗散能力在防护装甲领域得到广泛应用。强磁场一般指5T以上的磁场，通过施加强磁场，可以改变流体的动力黏度，除此之外，强磁场也广泛应用于工、农等其他领域。通过将金属相与陶瓷颗粒相结合，扩大了陶瓷颗粒和金属基体的应用领域，对装甲防护领域具有重大意义。
[0003]目前所制备的含陶瓷球的泡沫复合材料大多采用的是空心陶瓷球和开孔泡沫铝材料，陶瓷球的分布不均以及开孔的连接导致了材料在装甲防护领域中的能量耗散能力大为减弱。
[0004]王录才，武建国，王芳，游晓红.由陶瓷球增强的泡沫铝合金及其制作方法(申请号：200910075521.2)描述了将陶瓷球与饱和盐水混匀，加压、加热烘干等，最后通过流水冲刷去除盐颗粒的制备方法，该专利通过实验验证发现试样塌陷，无法制备含陶瓷球的泡沫铝材料。
[0005]崔东波，陈祥.一种实心球泡沫铝复合材料及其制备方法(申请号：202110110055.8)描述了一种铝基陶瓷复合材料的制备方法，该专利通过均匀搅拌分散所制得的复合材料无法保证陶瓷球在铝基体中分布的均匀性。
[0006]综上所述，现有技术存在制得的含陶瓷球的泡沫铝复合材料内部分布不均、材料塌陷等问题，没有涉及利用强磁场制备含陶瓷球泡沫铝复合材料的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法，通过强磁场对不同材料的影响作用，将陶瓷球和闭孔泡沫铝材料组合在一起，提升了材料的吸能能力。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是：
[0009]一种强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法，通过强磁场对于熔融铝液和陶瓷球的作用，确保制备复合材料的均匀性。
[0010]包括具体以下步骤：
[0011]1)在空心管柱底部垫上氧化铝基底；
[0012]2)在在氧化铝基底上放置一层钢网；
[0013]3)按照所需孔隙率以及内部陶瓷球分布在空心管柱内填充金属铝块或氧化铝粉以及陶瓷球；
[0014]4)在复合材料上方放置一层钢网；
[0015]5)打开柱塞，倒入熔融的铝液，倾倒完毕后，关闭柱塞；
[0016]6)打开超导强磁场装置，产生横向的静磁场，调节磁场强度；
[0017]7)打开加热器，通过热电偶控制温度1200℃，通过通气口通入氩气；
[0018]8)保温、冷却后得到含陶瓷球泡沫铝复合材料。
[0019]进一步的，磁场强度调节范围为10
‑
12T。
[0020]进一步的，陶瓷球为碳化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硼陶瓷中的一种或多种。
[0021]进一步的，金属铝为金属铝块、铝粉中的一种或多种。
[0022]进一步的，陶瓷球直径范围为3
‑
10mm，所述陶瓷球占复合材料总体积的30％
‑
50％。
[0023]进一步的，所加强磁场方向为横向，熔融金属铝液流向为纵向。
[0024]进一步的，复合材料随装置冷却后，通过移除底部的氧化铝基底以及钢网，得到含陶瓷球泡沫铝复合材料。
[0025]本专利技术提供一种用于制备基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝的装置，该装置包括
[0026]空心管柱；
[0027]与空心管柱配合的柱塞；
[0028]空心管柱上设置导气孔、通气口、加热器以及插入的热电偶；
[0029]在空心管柱内壁涂上石墨涂层，底部承载氧化铝基底；中部填充陶瓷球和金属铝，上方设置钢网用于隔开熔融铝液，
[0030]此外，在装置外部设置强磁场。
[0031]本专利技术存在以下特点：
[0032]整体装置处于强磁场中；
[0033]陶瓷球和金属铝与熔融铝液和氧化铝基底采用钢网隔开。
[0034]石墨涂层被均匀的涂抹于空心管柱内壁。
[0035]柱塞与空心管柱配合。
[0036]本专利技术具有如下优点：
[0037]1、本专利技术提供了一种含陶瓷球的泡沫铝制备方法，可以通过预置陶瓷球的数量、分布满足所需孔隙率等结构参数；
[0038]2、本专利技术提供了一种含陶瓷球的泡沫铝制备方法，可以制备均匀分布的陶瓷球、闭孔泡沫铝复合材料。
附图说明
[0039]图1为基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备装置的结构示意图。
[0040]附图中：1—柱塞；2—导气孔；3—石墨涂层；4—钢网；5—金属铝；6—热电偶；7—加热器；8—空心管柱；9—通气口；10—熔融铝液；11—陶瓷球；12—强磁场；13—氧化铝基底。
[0041]图2为基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备装置的工艺流程图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。
[0043]本专利技术一种基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法，如图1所示，所用于制备的装置包括柱塞、导气孔、石墨涂层、钢网、金属铝、热电偶、加热器、空心管柱、通气口、熔融铝液、陶瓷球、强磁场和氧化铝基底。
[0044]本专利技术的工作原理为：
[0045]由于陶瓷球的密度大于金属铝液的密度，因此，陶瓷球在金属铝液中有着下沉的趋势，通过施加高强磁场，熔融铝液纵向运动切割磁感线产生环形电流，高强磁场与感应电流相互作用产生电磁力，由于陶瓷球体导电性较差，而熔融铝液导电性能较好，因此，陶瓷球会受到与电磁力方向相反的电磁挤压力，在熔融铝液中，陶瓷球所受合力为：
[0046]F＝F
fv
+F
fp
+F
L
+F
p
‑
F
s
[0047]其中，F
fv
为陶瓷球所受粘滞阻力，F
fp
为陶瓷球所受压差阻力，F
L
为陶瓷球所受浮力，F
p
为陶瓷球所受电磁挤压力，F
g
为陶瓷球所受重力。
[0048]粘滞阻力的表达式为：
[0049]F
fv
＝4πrη
B
v
[0050]式中，v为终态陶瓷球速度，r为陶瓷球半径，η
B
为熔融铝液动力黏度。
[0051]压差阻力的表达式为：
[0052]F
fp
＝2πrη
B
v
[0053]浮力的表达式为：
[0054][0055]式中，ρ为熔融铝液密度，g为重力加速度。
[0056]由于陶瓷属于非金属颗粒，电导率趋于零，则其所受电磁挤压力为：
[0057][0058本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于强磁场的含陶瓷球泡沫铝制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在空心管柱底部垫上氧化铝基底；2)在氧化铝基底上放置一层钢网；3)按照所需孔隙率以及内部陶瓷球分布在空心管柱内填充金属铝块或氧化铝粉以及陶瓷球；4)在复合材料上方放置一层钢网；5)打开柱塞，倒入熔融的铝液，倾倒完毕后，关闭柱塞；6)打开超导强磁场装置，产生横向的静磁场，调节磁场强度；7)打开加热器，通过热电偶控制温度1200℃，通过通气口通入氩气；8)保温、冷却后得到含陶瓷球泡沫铝复合材料。2.根据权利要求1所述的含陶瓷球泡沫铝的制备方法，其特征在于，所述磁场强度调节范围为8
‑
10T。3.根据权利要求1所述的含陶瓷球泡沫铝的制备方法，其特征在于，所述陶瓷球为碳化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硼陶瓷中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的含陶瓷球泡沫铝的制备方法，其特征在于，所述金属铝为金属铝块、铝粉中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的含陶瓷球泡沫铝的制备方法，其特征在于，所述陶瓷球直径范围为3
‑
10mm，所述陶瓷球占复合材料总体积的30％
‑
50％。6.根据权利要求1所述的含陶瓷球泡沫铝的制备方法，其特征在于，所加强...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先锋，孙伟境，谈梦婷，刘闯，熊玮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：